压缩空气发电循环的设计思路

一、当前热力发电循环存在的问题当前燃煤发电机组普遍采用的是蒸汽循环，采用水作为工质，但用于推动轮机的却是蒸汽，由于相变的存在，不可避免的会带来巨大的冷源损失。冷源损失通过冷却塔等换热设备将超过一半的热量排至大气，会引起区域热量的不平衡，并会影响大气环境及大气环流。如果采用冷却水作为机制，则会带来巨大的飞水损失。如果直接采用蒸汽作为工质，则存在在轮机做过工的乏汽增压困难，并可能在增压过程中出现凝结，造成系统不稳定。关于无凝结蒸汽循环在以前详细介绍过，能够实现，但存在一定的难度。由于蒸汽的分子量只为18，远小于空气的29及二氧化碳的44，所以高温高压工质的能量密度较小，由于相变干扰，形成高校循环的难度也较大。同样二氧化碳需要制备，并形成闭式循环才能实现连续工作，便捷性稍差一些。相对而言，空气作为介质来源方便，做完功即可排放至大气中，下一个循环则可以直接从空间环境中直接获取，当然也可以形成更加清洁搞笑的闭式循环。

二、压缩空气循环的设计1.压缩空气循环的设计压缩空气多用于工艺装置，如用于为操纵机构提供动力，同样压缩空气同样可以设计发电循环。由于轴流风机在空气增压过程中需要高速旋转，大量的机械能会转化为热能，就目前技术而言，20倍的压比出口温度即会达到400℃以上。高温压缩空气会降低从燃料吸热的份额，会大幅降低热力循环的效率。如采用大直径螺杆、活塞等容积式压缩设备可避免上述缺陷，但容积式设备排量较小，大型发电机组需要集群布置方能满足要求。经过容积式压缩设备出口温度会大幅降低，并为从煤炭、压缩空气获取燃料创造条件。如将压缩空气压力升高至10MPa，温度200℃，则可以通过燃料加热至1500℃，大幅提高焓值。压缩空气介质压力升高，轮机做功路径得到延长，并实现排气温度达到常温常压，燃料热量的利用效率也会超过85%，减少燃料的消耗。2.目前已开展的研究目前压缩空气循环逐渐得到重视，并在储能设计中得到与应用。如山东肥城盐穴项目利用地下盐穴储气，实现350MW/1750MWh的储能规模，可为电网提供长达数小时的调峰能力，显著提升可再生能源消纳水平。当前系统能量转换效率约50%~70%，通过储热材料优化和热管理技术（如绝热压缩空气储能），未来效率有望提升至75%以上。压缩空气储能与压缩空气发电循环类似，用电能拖动压缩机效率能够达到90%以上，同样，直接用高压压缩空气轮机拖动也能达到85%以上，并能实现更高的综合效率。三、压缩空气循环的前景随着技术进步，目前压缩空气循环、二氧化碳循环均已进入人们的实现，并逐步开展研究和实践，相信的不就的将来会逐步取代发展200多年的蒸汽循环，实现颠覆性的变革。目前国内外在压缩空气循环、二氧化碳循环投入仍不足，影响了产业技术迭代，并造成了巨大的能源浪费，对环境造成了影响，需要引起发电行业研究机构的重视。

后记算起来，个人推进压缩空气循环、二氧化碳循环也有十多年的时间，期间写过无凝结蒸汽循环发电、压缩空气循环、二氧化碳闭式循环等很多文章，部分也得到了认可和发表。发电技术发展无止境，需要大家共同研究，更进一步，更多的为提高能源效率做出努力。